矿井提升机节能运行的行程控制方法研究

＊冯世旭

（汾西矿业集团水峪煤业 山西 032300）

矿井提升机可以被看作是矿井运输过程中非常重要的设备之一，矿井对于安全性、可靠性提出的要求相对比较高。矿井提升机在具体操作中，根本目的是为了对行程给定的有效控制，保证整个运行速度能够得到及时有效的管理和控制。在这一基础上，实现对行程的有效控制，但是无法保证其在加减速或者启停车阶段能够实现对速度的有效控制，很容易在目前现有传统系统当中产生非常严重的电流冲击，促使钢丝绳张力出现严重突变等问题。对于提升机自身而言，将会造成严重危害影响，甚至会导致人体安全受到影响。结合目前我国现有矿井提升机的应用现状，基本上都是以S型速度曲线为主，来实现对整个行程过程的有效控制，这样不仅能够保证提升机载力测试的安全性和稳定性，而且能够促使提升机在运行时的效率和质量得到有效提升。但是结合实际情况，发现提升机1h需要的能耗普遍比较大，基于此，要结合实际情况采取有针对性的对策，实现对提升机能耗行程控制方法的合理利用，以此来实现节能环保的根本目的。

1.矿井提升机节能运行的行程控制方法研究的意义

矿井提升机是矿山运输的重要设备，也是井下作业的机械设备。矿井提升机对齿轮控制系统的效率、安全性和可靠性提出了更高的要求。矿井提升机的第一个控制是驱动控制，提升机是控制系统的重要组成部分，它不仅影响提升机的停车精度，而且关系到矿山的正常生产，因此，对提升机的控制进行检测就显得尤为重要。

当前设置用于确定行程后的速度调整信号，根据时间指定杠杆制动段的调速信号。无论矿井提升机运行多快，都应按恒定延时和恒定延时点减速。爬行路径随提升机的最大运行速度而变化，爬行距离在变化，路径也在变化。当矿井提升机高速运行时，延迟距离变长，爬行距离变短。相反，延迟距离变短变长，影响升力周期；如果指定了矿井提升机的调速信号，并且制动点的最大运行速度发生变化，则矿井提升机可以通过降低调速信号来确定。根据吊车与停车点的距离，停车区内的每个位置对应车辆给出的速度信号。矿井提升机在减速部分的速度是闭合的，根据安全可靠的车速信号，驾驶操作。

我国的提升机行程控制大多采用机械控制，难以实现现代化、高效的行程控制。因此，SPS被用于集线器控制，根据行程控制的要求，设计了满足行程控制要求的系统硬件配置和软件方案。

2.矿井提升机类型

提升机是煤矿井下连接竖井的重要运输设备，它通常位于煤矿附近，它的主要任务是运输生产物资、人员上下和煤炭。一般来说，提升机主要由卷筒和钢丝部件组成，经过各种升降程序后，可分为缠绕式和摩擦式。缠绕方式可分为单绳缠绕和多绳缠绕，摩擦方式可分为楼板式和塔式。

我国矿山使用的提升机主要有单绳缠绕式提升机和双卷筒式提升机。单绳缠绕式提升机通过旋转卷筒来提升重物，钢丝绳部分缠绕在卷筒上，所以操作相对稳定安全。当运输路径短，举升物体轻时，提升机具有很大的优势。如果提升机的运输路径长，被提升物体的质量大，钢丝绳的直径大，滚筒的直径大，在提升过程中会有很多的不便。因此，双卷筒式提升机主要用于深坑的提升阶段，需要进一步改进，与绕线装置相比，摩擦式提升机对提升高度的限制较小，可广泛应用于深度提升装置中。摩擦式提升机通过摩擦结构吊起重物，采用复合钢丝件后，可以有效地控制摩擦式提升机的直径，为矿山的高效运输提供良好的保障。随着我国制造技术和材料科学的发展，研制和生产了许多高性能提升机，将我国矿山生产提高到一个新的水平。

3.煤矿提升机中变频节能系统的设计应用

(1)变频节能系统的结构

煤矿提升机是井下运输煤炭、人员和物资的必要环节，托辊和起升轴是提升机的重要组成部分，直接影响提升机的工作效率和设计成本。绞车卷筒采用薄壁作力载体，在操作时，外力往往比较复杂，容易变形甚至损坏。因此，滚筒在安装前必须严格控制，确保设计和质量合格。滚筒的结构主要分为：驱动器、减速器、发动机、制动装置等部件。减速器结构采用闭式齿轮减速器，在升力阶段没有支撑元件。当提升机在外力作用下工作时，轴向压力电压将主波的力传递给提升机。由于现代煤矿的高利用率，提升机的使用和要求也更高。因此，提高提升机的效率和安全性是十分必要的。

目前，许多煤矿采用变频技术来提高提升机的使用，并取得了满意的效果。本文提出将以下变频节能系统应用于煤矿提升机下，以改进和提高提升机的使用。

该系统主要由提升机设备、三相异步发动机、数据卡、变频器等结构组成，完成提升装置的节能运行和远程监控。提升机在运行过程中，首先在计算机控制界面输入变频、延时加速、恒速拾取等命令程序，通过变频器等元件将命令程序传送到变频器存储器中，然后数据采集卡将上下信号发送到变频器终端，计算机接收来自终端的信号，完成对煤矿开采作业过程的监控，同时，计算机会不断地将操作参数（即指令程序）调整到提升机的实时运行状态，以控制提升机的平稳运行。此外，操作者还接收上下限开关的控制信号，确保监视器正常运行，防止重叠或放电事故发生。在整个系统的工作过程中使用的信号适配器主要是通过上位机串口将RS232电平转换为RS485电平，然后通过普通网线通过RJ45端子传输到变频器；信号隔离器主要通过光耦合器和数据采集卡将两个高电平信号转换成两条线。

本文提出的系统主要采用组态软件，具有较强的通用性。该软件在煤矿应用时，需要对具体数据进行适配和调试。为了实现检测、显示控制、保护和其他起重设备的操作,屏幕按钮也可以配置为控制上升速度,变频器的频率和电动机的正向和反向旋转。

(2)变频节能系统的优点

首先，变频技术的应用可以减少起重机的能耗，并确保起重机的运行平稳，以减少机械的影响在绞车牵引，减少大型控制电流的变化值，并确保吊装装置的安全吊装。其次，与原有技术相比，变频技术消除了变速保护和调速的阻力，不仅简化了提升机的结构，还减少了维护成本和停机时间。最后，计数系统连接互联网，实现对升降装置的远程监控和远程诊断，不仅提高了升降装置监控的有效性，还降低了工人的工作强度。

4.行程控制

在提升机通常情况下是指在两定点范围内实现往复类型，由于其自身具有一定特殊性，所以要保证提升机载控制系统方面，能够保证停车定位的准确性和有效性，促使整个运行的高效性，以此来实现对整个提升机运行过程的有效维护。在对提升机进行管理和控制时，要保证能够对行程位置进行准确有效的管控，由此可以看出行程控制在提升机系统中具有非常重要的影响和作用。在现阶段行程原则背景下的S型速度给定，基本上都是由控制系统为基础实现，对其自身实际配置的准确有效计算。通过一系列合理操作，能够对开关或者软件内部已经设定的系统检索点进行科学合理的设置，一旦到达对应减速等之后，可以直接由控制系统为基础。按照目前现有的参数要求，促使S形速度曲线能够在实践中得到有效推进。通过该方法的合理利用，能够保证对应的位置处进行有效固定，一般要结合提升机自身最大的运行速度来进行科学合理的设置，提升速度，若没有超过最大速度时，那么势必会产生相对比较大的爬行速度，导致提升机自身的运行效率受到影响。要想从根本上保证提升机在行驶时的效率得到有效提升，需要结合实际情况对提升机在运行时的具体速度以及行程卡进行准确有效的计算，保证计算机提升及自身减速曲线能够得到实施有效的计算[1]。通过该方法的合理利用，能够将其产生出的速度图划分为三段式，整个减速度具有一定固定性特点，同时减速点具有变化性特征，所以并不需要对减速点开关进行设置。

5.行程控制系统的实现

(1)行程控制系统的硬件配置

行程控制通常情况下是指要结合目前现有的一系列原则，对已经产生出的S型速度给定，以及行程闭环控制功能进行有效推进，所以在对功能进行具体分配以及系统配置过程中，要保证行程控制能够放在的重要组成部分。其自身各方面功能基本上都是直接由调速系统内部控制，以此来进行有效操作。调速系统在构建和应用时，内部现有控制主要是一些分子公式的全数字调速系统为主，该控制系统在应用时，可以被看作是目前世界上相对比较先进的系统之一。该系统在构建和应用中，主要是以多CPU型处理方式为主，其自身的功能特点相对比较强大，具有一定可靠性[2]。同时整个系统调试时间相对比较短，结合目前实际情况展开深入分析时，发现该控制系统在构建和应用时，其中相对比较突出的特点是硬件以及软件基本上都是以模块化方式为主进行设计，能够结合实际情况，根据任务的大小以自由配置方式实现对系统内部软件和硬件的有效配置。结合实际情况，将原本提升机电控系统进行改造和升级，以自主研发方式，保证行程控制功能的全面有效落实。由于行程控制过程中，对于整个矿井提升机而言，可以保证其自身实现安全稳定的运行，所以对于其自身实际运行而言，在检测过程中通常会以双通道独立检测方式为主。在对系统进行设置时，一般都会设置两台与滚筒同轴连接的轴编码器，这样能够保证行程检测工作的全面有序开展。对于控制系统而言，两台CPU模板可以实现，对两台周边的洗面冲洗后有针对性的计算和分析，可以对其中涉及到的具体位置进行准确有效的计算。在行程控制方面可以结合实际情况，对整个朝向井口运行的实际位置进行计算[3]。在箕斗实际位置相互之间能够实现有针对性的监视，这样做的根本目的是为了保证行程在计算时的准确性和有效性。

(2)S形速度给定软件生成

行程软件在提出和应用时，能够结合目前已经进行的现场设计，进行直接有效的检测，同时要根据系统要求对额定加速度或者检测图，进行准确有效的设定。额定加速度的整个变化率以及相关参数能够作为基础，对目前加速度给定以及行程给定等进行准确有效的运算，为了从根本上保证线程控制系统在运行时的稳定性和可靠性，为后续使用以及维护提供便利条件。在对软件进行编制时，要对系统参数进行有针对性的参数化操作。对于施工人员而言，现有参数并不具备复杂性特征，而是具有一定常规性特点的实际参数。现场技术人员需要结合实际情况对最大类型速度进行适当修改，来为后续使用以及维护提供便利条件[4]。对于各种不同类型应用场所而言，在实践中可以结合这些情况提供相对比较丰富的行程参数作为基础，除了常规额定速度以外，对符合现实要求的停车水平进行合理选择，这样能够对程序通用性等相关问题进行妥善处理。

(3)行程闭环控制软件实现

虽然系统在运行时，主要是以目前现有行程的原则来进行操作，以S型速度给定方式为基础，但是在实践中，由于调速系统在运行时整个速度调节器在运作过程中主要是以PI调节器为主，所以在针对速度进行控制时，其自身的整个状态相对比较良好。针对速度进行动态化调节时，比如在减速阶段具有非常明显差异性，这种形式下，势必会导致行程控制方面存在一定误差。系统结构将会受到影响，为了从根本上实现对整个行程的有效控制，对于系统而言，通常都会对行程调节器进行合理利用，以此来实现对整个行程的闭环控制。行程调节器进行具体操作时，主要是以P调节器为主，无论是在行程或者实际行程等各方面具有非常明显的差异性。对于行程条件的输入而言，经过PE调节器之后，可以输出对应的部分，将其作为速度给定中的主要部分之一。通过这种方式在其中的合理利用，能将行程控制当中涉及到的动态误差进行有效消除。除此之外，在整个提升机自动运行过程中，需要结合实际情况对符合现实要求的负载拖动转矩进行合理构建，这样能够实现与负载之间的匹配。在行程控制方面，还需要对静力矩预给定以及力矩前溃给定等进行科学合理的设置。这两个环节在具体构建和应用时，与速度调节器的输出可以实现有效叠加，将其自身的作用和价值充分发会出来，保证电流环的合理利用。以此为基础，能够对电机转矩科学合理的建设和利用，经过一系列事件表明，这些控制环节在应用时，对于控制行程而言，具有非常重要的影响和作用，同时能够保证系统在维修时的动态性效果得到有效发挥。

6.行程监视

由于系统在运行过程中的速度以及行程给定信号等基本上都是需要以箕斗的具体位置作为基础，所以在实践中要加强对行程检测的重视程度，保证行程监视工作的全面有序开展。在实践中要结合实际情况，保证现有检测设备以及硬件设施的可靠性和有效性，对工业级设备进行科学合理的利用，比如可以将重载质的轴编码器作为基础，以此来保证行程检测工作的全面有序开展。需要注意的一点是，检测通道具有一定的独立性特点，无论是从传感器或者在电缆当中，一直到处理器模板完成之后，基本上都是以双通道配置为基础。在对控制系统进行整个行程实际值计算时，要加强监视力度，针对各种不同类型的通道进行监测时，要保证计算值相互之间能够实现有效的监视。比如两个轴编码器相互之间在计算时，形成有针对性的监视，无论是在计算速度或者测速发电机等各方面能够实现有效监视。除此之外，对于控制系统而言，需要对符合现实要求的逐点监视系统进行科学合理的设置，同时要将连续速度建设等各方面功能作用特点充分发挥出来。

7.结语

提升机在运行时，结合实际情况，不难看出其自身的最大速度以及周期提升处于相同状态下，可以根据实际情况提出的一系列要求，分别以梯形速度曲线或者是S形速度曲线，实现对提升机整个行程过程中产生出的1次能耗进行有效控制。经过控制以及管理效果分析，发现两者在此时的提升能耗相同，所以矿井提升机在1次提升能耗方面，要将提升机在运行时的速度权重以及对应的加速度表达式等相关因素条件放在首要位置上。通过对符合现实要求的算法的合理利用，可以从中总结出提升机1次提升能耗最小时的对应速度权重和加速度。通过这种方式在其中的合理利用，能够保证提升机S形速度曲线参数的有效控制，保证参数的准确性、有效性。将现有参数作为基础，以此来对S形速度曲线控制提升机行程的效果提供保证。只有这样，才能够从根本上实现对能耗的有效控制，经过计算统计后，发现该方法的合理利用，可以降低能耗9.14%左右，以此来达到节能减排的根本目的。